CN102992801A - 一种有机-无机复合泡沫材料的制备方法 - Google Patents

一种有机-无机复合泡沫材料的制备方法 Download PDF

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辛庆生
孙莺
黄洪亮
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Abstract

本发明公开了一种有机-无机复合泡沫材料的制备方法。该复合泡沫以经表面处理过的膨胀珍珠岩为无机填料，与可发泡的液态酚醛树脂组合物混合后发泡，得到有机-无机复合泡沫材料。该复合泡沫材料可作为保温材料使用，质轻、保温效果好，比普通酚醛泡沫具有更好的阻燃性，且在高热情况下不会释放有毒气体。

Description

一种有机-无机复合泡沫材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种有机-无机复合泡沫材料的制备方法，特别是一种经过表面处理的膨胀珍珠岩与可发泡的液态酚醛树脂组合物混合后发泡，得到一种有机-无机复合泡沫材料的制备方法。
背景技术
当前，节能工作已成为一项基本国策，建筑节能作为节能工作的重要领域，越来越受到人们的重视。保温绝热材料是建筑节能的物质基础，性能优良的保温绝热材料可以起到事半功倍的效果。当前建筑隔热保温材料的类型大体可分成三大类：无机保温材料、有机泡沫保温材料和有机-无机复合泡沫保温材料。
无机保温材料是指将岩棉、矿渣棉、玻璃棉、硅酸铝纤维、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、泡沫玻璃等用无机粘合剂进行粘合制得的保温材料，具有原料易得、制作工艺简单、价格便宜、不燃等优良性质。但导热系数相对较高，容重相对较大。
有机泡沫保温材料是有机高聚物的泡沫体，主要有：聚苯乙烯泡沫，聚氨脂泡沫、酚醛泡沫等。有机泡沫保温材料与无机保温材料相比容重更轻、导热系数更低，但其耐高温性能差。有些有机泡沫保温材料容易燃烧，如聚苯乙烯泡沫、聚氨脂泡沫等，且燃烧过程中会释放有毒、有害气体。酚醛泡沫可耐受350℃以上温度，且不易燃烧，其氧指数在38左右，但仍不能达到不燃材料等级。
有机-无机复合泡沫保温材料是指有以一类泡沫材料为骨料，用另一类泡沫材料作为粘结剂制得的泡沫材料。该类复合保温泡沫材料结合了有机和无机材料的优点。李天茂等(建筑屋面保温隔热板的开发研究[J].房材与应用，2000，28(6)：47-48)用醇溶性脲醛树脂粘结剂和膨胀珍珠岩，经模压制得脲醛-膨胀珍珠岩复合材料。张巨松等(建筑夹心墙复合保温浆料的试验研究[J].沈阳建筑大学学报(自然科学版)，2007，23(3)：443-447)将改性处理的珍珠岩和聚苯乙烯颗粒为轻骨料，以水泥等为无机胶结材料，混合搅拌后，制成复合保温浆料。施卫平等(专利申请号：200710070529.0)曾经申请过关于聚氨酯-珍珠岩复合泡沫建筑节能材料及其现场喷涂施工工艺的专利，其核心是将膨胀珍珠岩颗粒加入预先混合好的发泡聚氨酯母液中，搅拌均匀，用喷涂机喷射到外墙上，经发泡硬化后得到聚氨酯-膨胀珍珠岩复合泡沫保温材料。这些复合保温材料的容重和导热系数较其无机成分有所降低，但相对其有机成分相对增大；阻燃性能相对于有机成分有所改善；整体综合性能提高。但上述复合泡沫保温材料所用的有机成分仍有较明显的缺点，即在燃烧过程中会释放出毒性气体。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种有机-无机复合泡沫材料的制备方法，以经过表面处理的膨胀珍珠岩为无机填料，与可发泡的液态酚醛树脂组合物混合后发泡，制备酚醛-膨胀珍珠岩复合泡沫材料。
一种有机-无机复合泡沫材料的制备方法，其特征在于将经过表面处理的膨胀珍珠岩与可发泡的液态酚醛树脂组合物混合后发泡，表面处理的膨胀珍珠岩与可发泡的液态酚醛树脂组合物的质量比为0.3-2∶1。
所述表面处理剂为水溶性烷基硅酸盐。
一种有机-无机复合泡沫材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)将膨胀珍珠岩用表面处理剂进行封孔处理；(2)将经表面处理的膨胀珍珠岩与可发泡的液态酚醛树脂组合物混合，所述可发泡的液态酚醛树脂组合物由包括甲阶热固性酚醛树脂、发泡剂、稳泡剂和酸性催化剂；(3)将膨胀珍珠岩和液态酚醛树脂的混合物在模具内或输送带上发泡，制得酚醛-膨胀珍珠岩复合泡沫材料。
优选步骤为：取50重量份粒径2mm的膨胀珍珠岩，用100重量份2.5％的烷基硅酸钾水溶液边喷淋，边翻动，至膨胀珍珠岩将烷基硅酸钾溶液均匀吸收后，在200℃的鼓风烘箱中干燥15分钟；取100重量份可发泡的液态甲阶酚醛树脂，加入3重量份稳泡剂、8重量份发泡剂、5重量份酸性催化剂，经高速乳化后，加入上述经表面处理的膨胀珍珠岩，低速搅拌均匀后，置入预热至40℃的200*200*50钢制模具中，将模具放入80℃烘箱发泡0.5小时，得到酚醛-膨胀珍珠岩复合泡沫塑料。
与现有技术相比，本发明具有以下突出的特点及优点：本发明以可发泡的液态甲阶酚醛树脂配合经表面处理的膨胀珍珠岩，采用传统酚醛树脂的发泡工艺制备以酚醛泡沫为连续相的有机-无机复合材料，该材料与传统的酚醛泡沫保温材料相比较有相当的保温性能、更好的阻燃效果，且工艺简单、操作方便，具有实用性。本发明采用处理过的膨胀珍珠岩作为无机填料，与液态可发泡酚醛树脂混合后发泡，制备酚醛-膨胀珍珠岩复合泡沫材料。酚醛泡沫的氧指数大大高于脲醛泡沫和聚氨酯泡沫，在高热情况下不会释放有毒气体。
本发明所用的膨胀珍珠岩的粒径在0.3mm-3mm之间，膨胀珍珠岩的粒径越大，复合酚醛泡沫的容重越小，保温性能越好。未经表面处理的膨胀珍珠岩为多孔结构，如未经处理直接使用，液态酚醛树脂易渗入膨胀珍珠岩的孔隙中，导致成型后的泡沫材料容重较大，导热系数较大。为避免液态酚醛树脂渗入膨胀珍珠岩的孔隙中，在与液态酚醛树脂混合前须用表面处理剂进行表面封孔处理。所用表面处理剂为水溶性烷基硅酸盐，处理具体步骤如下：取适量的膨胀珍珠岩，用2倍重量的1-3％浓度的表面处理剂浸渍或喷淋，待膨胀珍珠岩将溶液完全吸收后，自然凉干或强制干燥，使表面处理剂和膨胀珍珠岩表面发生充分的固化反应。表面处理剂的浓度对膨胀珍珠岩表面处理有影响，浓度太低，表面处理剂不能完全将珍珠岩的多孔结构封闭，影响复合泡沫塑料的保温性能；浓度过高，可能导致在膨胀珍珠岩表面形成白色残留，影响后续发泡。合适的表面处理剂浓度为1-3％，其中最佳浓度范围为2-2.5％。
经表面处理的膨胀珍珠岩的添加量对泡沫塑料的性能有影响，随着膨胀珍珠岩添加量的增加，复合泡沫塑料的容重增加，阻燃性能提高，保温性能降低。膨胀珍珠岩合适的添加量为30-200重量份/100重量份树脂，其中最佳范围为50-100重量份/100重量份树脂。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。
实施例
取50重量份粒径2mm的膨胀珍珠岩，用100重量份2.5％的烷基硅酸钾水溶液边喷淋，边翻动，至膨胀珍珠岩将烷基硅酸钾溶液均匀吸收后，在200℃的鼓风烘箱中干燥15分钟。
取100重量份可发泡的液态甲阶酚醛树脂，加入3重量份稳泡剂、8重量份发泡剂、5重量份酸性催化剂，经高速乳化后，加入上述经表面处理的膨胀珍珠岩，低速搅拌均匀后，置入预热至40℃的200*200*50钢制模具中，将模具放入80℃烘箱发泡0.5小时，得到容重为0.06g/cm3的酚醛-膨胀珍珠岩复合泡沫塑料。
经测试该酚醛泡沫的导热系数为0.05w/m.k，氧指数达到48，保温性能和阻燃效果良好，且在高热情况下不释放有毒气体。

Claims (4)

1.一种有机-无机复合泡沫材料的制备方法，其特征在于将经过表面处理的膨胀珍珠岩与可发泡的液态酚醛树脂组合物混合后发泡，表面处理的膨胀珍珠岩与可发泡的液态酚醛树脂组合物的质量比为0.3-2∶1。
2.根据权利要求1所述的一种有机-无机复合泡沫材料的制备方法，其特征在于所述表面处理剂为水溶性烷基硅酸盐。
3.根据权利要求1所述的一种有机-无机复合泡沫材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)将膨胀珍珠岩用表面处理剂进行封孔处理；(2)将经表面处理的膨胀珍珠岩与可发泡的液态酚醛树脂组合物混合，所述可发泡的液态酚醛树脂组合物由包括甲阶热固性酚醛树脂、发泡剂、稳泡剂和酸性催化剂；(3)将膨胀珍珠岩和液态酚醛树脂的混合物在模具内或输送带上发泡，制得酚醛-膨胀珍珠岩复合泡沫材料。
4.根据权利要求3所述的一种有机-无机复合泡沫材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：取50重量份粒径2mm的膨胀珍珠岩，用100重量份2.5％的烷基硅酸钾水溶液边喷淋，边翻动，至膨胀珍珠岩将烷基硅酸钾溶液均匀吸收后，在200℃的鼓风烘箱中干燥15分钟；取100重量份可发泡的液态甲阶酚醛树脂，加入3重量份稳泡剂、8重量份发泡剂、5重量份酸性催化剂，经高速乳化后，加入上述经表面处理的膨胀珍珠岩，低速搅拌均匀后，置入预热至40℃的200*200*50钢制模具中，将模具放入80℃烘箱发泡0.5小时，得到酚醛-膨胀珍珠岩复合泡沫塑料。
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